(57)【要約】【課題】基板に対して均一な膜形成を行うこと。【解決手段】基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置１０において、基板９を支持して回転させつつ、スプレーノズル１２によって塗布液を噴霧塗布する。基板９に塗布液を噴霧塗布するスプレーノズル１２は基板中心を通る軌跡Ｌに沿って移動する。そしてスプレーノズル１２を軌跡Ｌに沿って移動させる際のノズル移動速度は、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速となるように制御される。【選択図】        図２
2005019560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置であって、
前記基板を支持して回転させる基板支持手段と、
前記塗布液を噴霧するノズルと、
前記ノズルを前記基板の表面から所定高さ位置で支持しつつ、前記ノズルを前記基板の中心を通る軌跡に沿って移動させるノズル支持手段と、
前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させる際のノズル移動速度を、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速に制御する制御手段と、
を備える塗布装置。
【請求項２】
請求項１に記載の塗布装置において、
前記制御手段は、前記ノズル移動速度の変動に比例させて前記基板の回転速度を変化させることを特徴とする塗布装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の塗布装置において、
前記制御手段は、前記ノズル移動速度を、前記基板周縁部から前記基板中心近傍位置にかけて連続的変化させることを特徴とする塗布装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の塗布装置において、
前記基板支持手段は前記基板を加熱する加熱手段を備えることを特徴とする塗布装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の塗布装置において、
前記制御手段は、前記基板に形成する膜厚に応じて、前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させる回数を変化させることを特徴とする塗布装置。
【請求項６】
基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置であって、
前記基板を支持して回転させる基板支持手段と、
前記基板支持手段に設けられ、前記基板支持手段に支持される前記基板を加熱する加熱手段と、
前記塗布液を噴霧するノズルと、
前記ノズルを前記基板の表面から所定高さ位置で支持しつつ、前記ノズルを前記基板の中心を通る軌跡に沿って移動させるノズル支持手段と、
前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させつつ前記塗布液の噴霧塗布を行う際、前記加熱手段を制御して前記基板を加熱させる制御手段と、
を備える塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板表面に塗布液を塗布することによって塗布膜を形成する塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハ等の基板に対してフォトレジスト膜等の薄膜を形成するために回転塗布装置（いわゆるスピンナー又はスピンコーター）が用いられていた。この種の回転塗布装置は、基板の中心部にフォトレジスト液を滴下して基板を高速回転させ、その遠心力を利用してフォトレジスト液を基板周縁部に広げることにより、基板表面で均一な厚みの薄膜形成を行うように構成されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２７７７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の回転塗布装置では、基板中心部に滴下されたフォトレジスト液の大部分が遠心力によって基板端部から周囲に飛散して棄てられることになり、フォトレジスト液の有効な活用ができないという問題があった。
【０００５】
また、基板表面に凹凸が形成された半導体ウエハに対してフォトレジスト膜を形成する場合、遠心力による塗布形態では凹凸の段差部に対して均一な膜厚形成を行うことができないという問題があった。
【０００６】
また、近年は基板に対して１０μｍ程度或いはそれ以上の厚膜形成のニーズが高まりつつあるが、従来の回転塗布装置は基板に対して数μｍ程度以下の薄膜形成に適したものであり、上記のような厚膜形成を効率的に行うことができなかった。加えて、従来の回転塗布装置で厚膜形成を行う場合、粘度の高いフォトレジスト液が用いられるが、高粘度のフォトレジスト液は基板端部からの飛散時に硬化し、糸くず状のごみとなって基板周囲のカップ内側に付着するので、頻繁にカップの洗浄を行わなければならないという問題があった。
【０００７】
さらに、従来の回転塗布装置では、基板周縁部にレジスト膜の高い盛り上がりが発生するという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、基板に対してより均一な膜形成を行うことのできる塗布装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置であって、前記基板を支持して回転させる基板支持手段と、前記塗布液を噴霧するノズルと、前記ノズルを前記基板の表面から所定高さ位置で支持しつつ、前記ノズルを前記基板の中心を通る軌跡に沿って移動させるノズル支持手段と、前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させる際のノズル移動速度を、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速に制御する制御手段と、を備えて構成されるものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の塗布装置において、前記制御手段が、前記ノズル移動速度の変動に比例させて前記基板の回転速度を変化させることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の塗布装置において、前記制御手段が、前記ノズル移動速度を、前記基板周縁部から前記基板中心近傍位置にかけて連続的変化させることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の塗布装置において、前記基板支持手段が前記基板を加熱する加熱手段を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の塗布装置において、前記制御手段が、前記基板に形成する膜厚に応じて、前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させる回数を変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置であって、前記基板を支持して回転させる基板支持手段と、前記基板支持手段に設けられ、前記基板支持手段に支持される前記基板を加熱する加熱手段と、前記塗布液を噴霧するノズルと、前記ノズルを前記基板の表面から所定高さ位置で支持しつつ、前記ノズルを前記基板の中心を通る軌跡に沿って移動させるノズル支持手段と、前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させつつ前記塗布液の噴霧塗布を行う際、前記加熱手段を制御して前記基板を加熱させる制御手段と、を備えて構成されるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
図１は本実施形態に係る塗布装置１０が組み込まれた基板処理装置１００の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、基板処理装置１００には２台の塗布装置１０が隣接して配置され、各塗布装置１０に対向するように搬送ロボット１２０が設けられている。搬送ロボット１２０はローダ部１１０に載置されるカセット１１１、１１２から基板９を１枚ずつ取り出し、該基板９を塗布装置１０に搬送する。各塗布装置１０は、搬送ロボット１２０によって搬入された基板９を支持し、フォトレジスト液等の塗布液を基板表面に噴霧塗布することによってフォトレジスト膜等の膜形成を行うものである。塗布装置１０において基板９への塗布処理が終了すると、搬送ロボット１２０が処理済みの基板９を取り出し、該基板９をアンローダ部１３０に載置されたカセット１３１、１３２に収納する。このような動作を、基板処理装置１００において連続的に繰り返し行うことにより、ローダ部１１０のカセット１１１、１１２に収納されていた複数枚の基板９は、その表面に塗布膜が形成された状態で、アンローダ部１３０に載置されたカセット１３１、１３２に収容される。なお、アンローダ部１３０のカセット１３１、１３２の下部には、図示しないオーブンが設けられ、基板９の表面に形成された塗布膜をアンローダ部１３０において乾燥・硬化させるようになっている。
【００１７】
図２は塗布装置１０の概略平面図であり、図３は塗布装置１０の概略側面部である。
【００１８】
塗布装置１０は、塗布液の塗布機構として、ノズル支持アーム１１とスプレーノズル１２と駆動部１３とを備え、ノズル支持アーム１１の一方端部（基部）は駆動部１３の回転軸１３ａに連結され、他方端部（先端部）はスプレーノズル１２を基板９の表面から所定高さ位置で支持する。スプレーノズル１２には図３に示すように、Ｎ２等のプロセスエアと、レジスト液等の塗布液とが供給され、スプレーノズル１２が塗布液を霧状に噴霧するように構成される。駆動部１３はモータ等の回転駆動部材によって構成され、ノズル支持アーム１１の一方端部を支持する回転軸１３ａを回転駆動することにより、スプレーノズル１２を円弧状の軌跡Ｌに沿って移動させる。軌跡Ｌは、図２に示すように、基板９の中心を通り、基板９の表面上を通過する軌跡である。
【００１９】
また図３に示すように、例えば基板９の上方適所に、光学式の膜厚測定器１４が必要に応じて配置され、基板９に形成される塗布膜の膜厚を測定して制御部４０に出力することにより、膜厚調整を行うこともできるように構成される。
【００２０】
塗布装置１０は、基板９の支持機構として、基板９を吸着支持する吸着ステージ２０、吸着ステージ２０の内部に設けられたヒータ２１、吸着ステージ２０を回転させる回転軸２２、回転軸２２を回転させるためのモータ２５、搬送ロボット１２０との基板受け渡し時に基板９を持ち上げるためのリフトピン２４、及び、リフトピン２４を昇降駆動するシリンダ等の昇降駆動部２３を備えている。
【００２１】
昇降駆動部２３がリフトピン２４を持ち上げた状態で、搬送ロボット１２０によってリフトピン２４上に基板９が載置されると、昇降駆動部２３がリフトピン２４を降下させ、吸着ステージ２０上に基板９が載置される。吸着ステージ２０の下面に接続された回転軸２２は中空構造を有し、図示しない吸引装置によってエア吸引が行われ、吸着ステージ２０上に載置された基板９は、吸着ステージ２０の上面に真空吸着される。
【００２２】
また、モータ２５が回転動作を行うことにより、モータ２５の回転動作が回転軸２２に伝達され、回転軸２２がＲ方向に回転する。その結果、吸着ステージ２０上に吸着固定された基板９は、モータ２５の回転に伴ってＲ方向に回転する。ただし、本実施形態の塗布装置１０は遠心力を利用して塗布膜形成を行うものではないので、吸着ステージ２０の回転速度は従来の回転塗布装置の回転速度よりも低速にしても構わない。
【００２３】
塗布装置１０においては、基板９がＲ方向に回転しているときに、塗布機構による塗布液の噴霧塗布が行われる。基板９を比較的低速で回転させつつ、スプレーノズル１２を軌跡Ｌに沿って移動させながら塗布液を噴霧塗布するように構成されているので、遠心力による塗布液の飛散は少なくなり、塗布液の利用効率は高くなる。またこのとき、ヒータ２１が熱源となって吸着ステージ２０上の基板９を加熱する。なお、基板９が吸着ステージ２０に吸着された状態において、基板９の下面側周縁部から周辺部外側に向けてＮ２等のエアの流れが形成されており、基板周縁部からの塗布液の液垂れや基板裏面側への塗布液付着等を防止している。
【００２４】
支持機構の周囲には、カップ部３０が設けられている。カップ部３０は外壁部３１と内壁部３２と気液分離チャンバ３３とを備えて構成され、基板９の表面に付着しなかった塗布液は気液分離チャンバ３３の排気による気流に沿って外壁部３１及び内壁部３２の間の空間を下方側に移動し、気液分離チャンバ３３に導かれる。また、外壁部３１及び内壁部３２に付着した塗布液もこれら壁面に沿って流下して外壁部３１及び内壁部３２の下部に設けられた気液分離チャンバ３３に導かれる。気液分離チャンバ３３では気液分離が行われ、カップ内部の排液及び排気が行われる。このように基板９の外側に散ったミスト状塗布液は気液分離チャンバ３３によって排液されるように構成されているので、カップ洗浄の頻度は従来よりも低くなる。
【００２５】
塗布装置１０には、上記のような塗布機構及び支持機構を制御するために、制御部４０が設けられている。制御部４０は、駆動部１３、昇降駆動部２３及びモータ２５を制御するとともに、スプレーノズル１２に供給するプロセスエア及び塗布液の供給状態を制御する。また制御部４０は、基板９を吸着ステージ２０に吸着固定するためのエア吸引やヒータ２１を制御するようにも構成される。故に、制御部４０は基板９に対して塗布液を噴霧塗布することによって塗布膜形成を行う処理を統括的に制御するものである。なお、制御部４０は基板処理装置１００における搬送ロボット１２０等の各部と連携した動作を行うように、各部と信号通信を行うようになっている。
【００２６】
塗布装置１０において、搬送ロボット１２０と基板９の受け渡しを行う際には、図２に示すように、スプレーノズル１２が初期位置Ｐ１に位置する。そして基板９が吸着ステージ２０に吸着固定され、Ｒ方向に回転を開始するとともに、スプレーノズル１２が軌跡Ｌに沿って移動を開始する。そしてスプレーノズル１２が基板９の端部上方に差し掛かる直前の位置（例えば位置Ｐ２）でスプレーノズル１２からの噴霧塗布が開始され、その後、噴霧塗布を継続しながら、基板９の中心位置を通って基板上を移動する。そしてスプレーノズル１２が基板９の端部から抜け出た直後の位置（例えば位置Ｐ３）で噴霧塗布が停止される。
【００２７】
上記のような一連の塗布処理過程において、制御部４０は、スプレーノズル１２のノズル移動速度を、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速に制御する。また、制御部４０はスプレーノズル１２のノズル移動速度の変動に比例して吸着ステージ２０の回転速度を変化させる。
【００２８】
図４は、制御部４０による速度制御値を示す図であり、基板９の中心位置を基準（位置０ｍｍ）にしたスプレーノズル１２の位置と、ノズル支持アーム１１及び吸着ステージ２０の回転数との関係を示すものである。図４に示すように、スプレーノズル１２の移動速度は基板周縁部よりも基板中心近傍位置の方が高速になり、特にスプレーノズル１２が基板中心位置を通過する際に最大値を示すように制御される。スプレーノズル１２が基板中心位置に向かうに従って連続的にノズル移動速度が増すように制御されることにより、噴霧塗布を行うスプレーノズル１２が軌跡Ｌに沿って移動するときに、基板９の表面に対して均一な膜形成を行うことができる。すなわち、ノズル支持アーム１１を一定速度で回転させると、基板周縁部の膜厚は薄くなる一方、基板中心付近の膜厚は厚くなるという不均一性が生じるため、本実施形態の塗布装置１０では基板９に対するスプレーノズル１２の位置に応じた速度制御を行うことによって、基板表面に形成される膜厚の均一性を高めているのである。
【００２９】
また、本実施形態の塗布装置１０では、図４に示すように、制御部４０が、スプレーノズル１２のノズル移動速度の変動に比例して吸着ステージ２０の回転速度を変化させている。すなわち、図４においてアームの回転数とステージの回転数との比は、任意の基板位置において等しくなるように制御されている。これにより、スプレーノズル１２の位置の変化量に対する基板９の回転量が、基板上の任意の位置において均一なものとなるので、より均一な塗布膜形成を行うことができる。
【００３０】
また、吸着ステージ２０に設けられたヒータ２１の作用によって、吸着ステージ２０上に保持されている基板９が８０℃〜９０℃程度の温度に加熱された状態となっている。この加熱された基板表面に対してミスト状の塗布液が付着すると、比較的早い段階でミスト状塗布液が乾燥・定着する。そのため、基板９の表面が凹凸を有する場合であっても、良好に塗布膜形成を行うことができる。図５は基板９の表面の凹凸を示す図である。スプレーノズル１２によるミスト状の塗布液は、凹凸部の段差エッジ部９ａにも付着する。基板９はヒータ２１によって加熱された状態にあるため、凹凸部の段差エッジ部９ａに付着したミスト状の塗布液は凹凸部の段差を流下することなく早期に定着して段差エッジ部９ａ上にも塗布膜を形成することができる。
【００３１】
さらに、制御部４０は、スプレーノズル１２の軌跡Ｌに沿った走査回数、ノズル移動速度及びステージ回転数を調整することにより、基板９に形成される膜厚を任意の膜厚に調整することができる。例えば、スプレーノズル１２の往路において一度目の塗布処理を行い、復路において二度目の塗布処理を行うこともできる。また、スプレーノズル１２の軌跡Ｌに沿った走査を複数回繰り返して行うことにより、基板表面に１０μｍ程度或いはそれ以上の厚膜を形成することもできる。従来のスピン塗布装置では塗布液の回転塗布によって基板に薄膜が形成された直後に繰り返し薄膜形成を行うことはできなかったが、本実施形態の塗布装置１０ではヒータ２１によって基板９が加熱された状態にあり、基板表面に付着するミスト状の塗布液を早期に乾燥・定着させることができるので、スプレーノズル１２による塗布走査を繰り返し行ってもそれ以前に定着した塗布液が流出することはなく、基板に形成される膜厚を漸次に厚くしていくことができる。したがって、制御部４０が基板９に形成すべき膜厚に応じてスプレーノズル１２の走査回数を調整することにより、任意の膜厚の膜形成が可能である。
【００３２】
以上のように、本実施形態の塗布装置１０は、基板９を支持して回転させ、スプレーノズル１２を軌跡Ｌに沿って移動させる際のノズル移動速度を、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速に制御することによって基板９の表面に塗布膜形成を行うものであるため、基板９に対して均一な膜形成を行うことができる。すなわち、基板表面が平面である場合だけでなく、凹凸を有する場合であっても段差エッジ部に膜形成を行うことができるとともに、基板周縁部に盛り上がりが発生することもない。加えて、塗布液の利用効率が高くなるとともに、カップ洗浄回数を低減することもできる。
【００３３】
また、特に制御部４０が、スプレーノズル１２の速度変動に比例させて基板９の回転速度を変化させることにより、より均一な膜形成が行える。さらに、スプレーノズル１２のノズル移動速度を、基板周縁部から基板中心近傍位置にかけて連続的変化させることにより、段階的に変化させる場合よりも均一な膜形成が行える。
【００３４】
さらに、吸着ステージ２０に設けられたヒータ２１が基板９への噴霧塗布中に基板９を加熱するように構成されているため、基板表面に付着した塗布液を早期に定着させることができる。故に、凹凸部を有する基板９に対して膜形成を行う場合や厚膜を形成するために繰り返し噴霧を行う場合に特に有益なものとなる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【００３６】
例えば、上述した塗布装置１０では、スプレーノズル１２が基板９の中心位置を通り円弧状の軌跡Ｌを描く場合を例示した。しかし、これに限定されるものではなく、スプレーノズル１２が直線状の軌跡を描くように塗布機構が構築されてもよい。ただし、この場合においても直線状の軌跡は基板９の中心位置を経由することは必要である。
【００３７】
また、上記においては、スプレーノズル１２が噴霧塗布を行う期間が、基板９の一方側端部の直前の位置から中心部を経由して他方側端部の直後の位置に導かれるまでの間である場合を例示したが、これに限定されるものでもない。例えば、基板９の半径に相当する軌跡部分で噴霧塗布を行うことにより、十分に均一な塗布膜を形成することができる場合はそのように構成してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、基板を支持して回転させ、塗布液を噴霧するノズルを所定軌跡に沿って移動させる際のノズル移動速度が、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速になるように制御されるため、基板に対して均一な膜形成を行うことができる。また、塗布液の利用効率が向上する。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、ノズル移動速度の変動に比例して基板の回転速度も変化するので、基板表面全体においてより均一な膜形成が行われる。
【００４０】
請求項３に記載の発明によれば、ノズル移動速度が、基板周縁部から基板中心近傍位置にかけて連続的変化するので、基板表面全体においてより均一な膜形成が行われる。
【００４１】
請求項４に記載の発明によれば、基板を加熱する加熱手段を備えるので、基板に付着した霧状の塗布液を早期に定着させることができる。故に、基板が凹凸を有する場合でも凹凸部に対して膜形成が行える。
【００４２】
請求項５に記載の発明によれば、基板に形成する膜厚に応じて、ノズルを所定軌跡に沿って移動させる回数を変化させるので、基板に任意の膜厚の膜形成を行うことができる。とりわけ、厚膜の形成に好適である。
【００４３】
請求項６に記載の発明によれば、基板に付着した霧状の塗布液を早期に定着させることができるので、基板が凹凸を有する場合に凹凸部に対して均一な膜形成が行えるとともに、複数回の塗布処理が可能となり、基板に均一な厚膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】塗布装置が組み込まれた基板処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】塗布装置の概略平面図である。
【図３】塗布装置の概略側面部である。
【図４】制御部による速度制御値を示す図である。
【図５】基板表面の凹凸を示す図である。
【符号の説明】
１０  塗布装置
１１  ノズル支持アーム（ノズル支持手段）
１２  スプレーノズル
１３  駆動部
２０  吸着ステージ（基板支持手段）
２５  モータ
２１  ヒータ（加熱手段）
４０  制御部（制御手段）
【図１】
2005019560.tif 000003
【図２】
2005019560.tif 000004
【図３】
2005019560.tif 000005
【図４】
2005019560.tif 000006
【図５】
2005019560.tif 000007